来源：《精细与专用化学品》2024年11期

作者：范李科，彭艳丽，李静，等

烟嘧磺隆又名烟磺隆，化学名称为2-(4,6-二甲氧基嘧啶-2-基氨基甲酰基氨基磺酰)-N,N-二甲基烟酰胺，商品名为玉农乐，英文名称为Nicosulfuron, CAS号为111991-09-4,是一种磺酰脲类内吸性除草剂，可有效去除玉米田杂草，在农药行业备受关注。 


烟嘧磺隆最早由日本石原产业株式会社开发，其主体结构主要分为吡啶环以及嘧啶环两部分，两者之间以1个羰基相连。烟嘧磺隆由2-氨基磺酰胺-N,N-二甲基吡啶酰胺(以下简称吡啶磺酰胺)和2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶(以下简称嘧啶胺)这2个主要的中间体合成。


1 吡啶磺酰胺的合成 


吡啶磺酰胺主要以廉价易得的2-氯烟酸作为起始原料进行合成。生产工艺主要分为硫脲-氯化苄工艺、多硫代物工艺以及硫化氢闭环工艺。 


1.1 硫脲-氯化苄工艺 


孙健等以2-氯烟酸为原料，硫脲为硫源，在反应温度为90～95℃,酸性条件下进行亲核反应；反应完毕后加入液碱，得到2-巯基烟酸钠盐；2-巯基烟酸钠盐与氯化苄在回流状态下进行缩合(巯基化和缩合反应总收率以2-氯烟酸计98.6%),然后再经过酰氯化、胺化、氧化以及氨解反应得到吡啶磺酰胺，总收率为58.1%(以2-氯烟酸计),合成工艺路线见图1。该工艺中硫脲价格较高，并且还需要使用氯化苄进行保护，导致其综合成本过高，限制了其工业化生产。 


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 图1 硫脲-氯化苄合成吡啶磺酰合成工艺路线


1.2 多硫代物工艺 


宫薇薇等使用2-氯烟酸作为主要原料，在二氯乙烷中进行酰氯化-胺化反应得到N,N-二甲基烟酰胺。带负压脱出二氯乙烷后，在反应温度为110～120℃,N,N-二甲基烟酰胺再与硫化钠和硫磺在水中进行巯基化反应，得到2-巯基-N,N-二甲基烟酰胺；用二氯乙烷萃取分液，得到2-巯基-N,N-二甲基烟酰胺的二氯乙烷溶液，接着通入氯气进行氯氧化反应得到2-磺酰氯-N,N-二甲基烟酰胺；2-磺酰氯-N,N-二甲基烟酰胺与氨水或者氨气进行胺化得到吡啶磺酰胺，收率约为95%(以2-氯烟酸计),合成工艺路线见图2。该工艺成本低，收率高，操作也简单，是目前工业上使用最广泛的工艺，但是会产生较多的含硫废水，增加了处理成本。 


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图2 多硫代物合成吡啶磺酰胺路线工艺路线


1.3 硫化氢闭环工艺 


邵长禄等使用硫化氢作为硫源，采用四甲氧基丙烷与氰基乙酸乙酯反应生成氰基烯中间体，氰基烯中间体再与硫化氢闭环，过滤，得到2-巯基烟酸甲酯；2-巯基烟酸甲酯与二甲胺进行氨酯交换反应，然后再进行氯氧化反应及胺化得到磺酰胺，收率为75.69%(以四甲氧基丙烷计),合成工艺路线见图3。该工艺主要原料四甲氧基丙烷来源不易，且硫化氢的毒性极强，存在安全隐患，工业化前景不乐观。 


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图3 硫化氢闭环合成吡啶磺酰胺合成工艺路线


2 嘧啶胺的合成 


目前，嘧啶胺的合成工艺主要有丙二酸酯-硝酸胍工艺、丙二腈-单氰胺工艺和丙二酰胺-单氰胺工艺。 


2.1 丙二酸酯-硝酸胍工艺 


该工艺以丙二酸酯和硝酸胍为底料，在甲苯溶剂中，缓慢滴加甲醇钠的甲醇溶液进行环化反应，过滤，得到2-氨基-4,6-二羟基嘧啶；在反应温度为60～70℃条件下，三氯氧磷和2-氨基-4,6-二羟基嘧啶反应得到2-氨基-4,6-二氯嘧啶；2-氨基-4,6-二氯嘧啶再与甲醇钠反应得到嘧啶胺，合成工艺路线见图4。该工艺路线产品总收率为50%～53%(以丙二酸二甲酯计),收率偏低，而且采用三氯氧磷为氯化试剂，产生的含磷废水处理难度大。 


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图4 丙二酸酯-硝酸胍合成嘧啶胺合成工艺路线


2.2 丙二腈-单氰胺工艺 


该工艺是合成嘧啶胺最常用的生产工艺，其原料成本更低，原子利用率更高。它是以丙二腈、甲醇与盐酸为原料，甲苯为溶剂，在反应温度为10℃下反应得到1,3-二甲基丙二脒二盐酸盐。过滤后，将湿品投入至碳酸氢钠溶液进行中和，然后缓慢滴加50%单氰胺溶液，升温至25℃,搅拌反应4～5h, 过滤，干燥得到3-氨基-3-甲氧基-N-氰基-2-丙脒。3-氨基-3-甲氧基-N-氰基-2-丙脒在甲苯溶剂中受热环化得到嘧啶胺，收率可达80%(以丙二腈计),合成工艺路线见图5。 


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图5 丙二腈-单氰胺合成嘧啶胺合成工艺路线


2.2 丙二腈-单氰胺工艺 


该工艺是合成嘧啶胺最常用的生产工艺，其原料成本更低，原子利用率更高。它是以丙二腈、甲醇与盐酸为原料，甲苯为溶剂，在反应温度为10℃下反应得到1,3-二甲基丙二脒二盐酸盐。过滤后，将湿品投入至碳酸氢钠溶液进行中和，然后缓慢滴加50%单氰胺溶液，升温至25℃,搅拌反应4～5h, 过滤，干燥得到3-氨基-3-甲氧基-N-氰基-2-丙脒。3-氨基-3-甲氧基-N-氰基-2-丙脒在甲苯溶剂中受热环化得到嘧啶胺，收率可达80%(以丙二腈计),合成工艺路线见图5。 


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图5 丙二腈-单氰胺合成嘧啶胺合成工艺路线


3 烟嘧磺隆的合成 


按照连接吡啶磺酰胺与嘧啶胺所用一碳试剂的不同，烟嘧磺隆的合成可以分为氯甲酸乙酯工艺、光气工艺、碳酸二苯酯、氰酸钠以及尿素工艺等。 


3.1 氯甲酸乙酯工艺 


雷艳等以吡啶磺酰胺为底料，甲苯为溶剂，碳酸钠为缚酸剂，氯甲酸乙酯为原料在10℃进行缩合反应，保温约5h, 带负压脱出甲苯，加水，过滤，得到磺酰胺氯甲酸酯，收率为92.5%(以吡啶磺酰胺计)。接着磺酰胺氯甲酸酯与嘧啶胺在乙酸乙酯中回流3h, 制得烟嘧磺隆，总收率80.75%(以吡啶磺酰胺计),合成工艺路线见图7。该工艺路线原料易得，废水容易处理，是生产烟嘧磺隆最主要的方法，有多家企业采用该方法进行生产。 


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图7 氯甲酸乙酯合成烟嘧磺隆合成工艺路线


3.2 光气工艺 


Aga等以嘧啶胺为原料，甲苯为溶剂，在三乙胺的催化作用下，使用光气与嘧啶胺发生缩合，得到4,6-二甲氧基嘧啶-2-异氰酸酯；4,6-二甲氧基嘧啶-2-异氰酸酯再与吡啶磺酰胺在乙腈中反应得到烟嘧磺隆，总收率约为83%(以嘧啶胺计),合成工艺路线见图8。该方法的收率虽然略高于氯甲酸酯工艺，但由于光气毒性极大，对操作要求以及设备要求极高，目前已经少有企业采用。 


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图8 光气合成烟嘧磺隆合成工艺路线


3.3 碳酸二苯酯工艺 


沈运河等以吡啶磺酰胺和嘧啶胺为底料，甲苯为溶剂，在回流状态下滴加碳酸二苯酯，回流保温8h, 得到产物烟嘧磺隆，总收率83.5%(以吡啶磺酰胺计),合成工艺路线见图9。该工艺的原料成本高于氯甲酸乙酯工艺和光气工艺。 


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图9 碳酸二苯酯合成烟嘧磺隆合成工艺路线


3.4 氰酸钠工艺 


田冬平等以吡啶磺酰胺为原料，在乙腈溶剂中，使用三乙胺作催化剂，缓慢加入氰酸钠，并于室温下反应8h, 得到N,N-二甲基烟酰胺-2-磺酰胺甲酸钠，收率约为93%(以吡啶磺酰胺计);接着直接向N,N-二甲基烟酰胺-2-磺酰胺甲酸钠料液中加入嘧啶胺，于60℃下保温反应2h, 得到烟嘧磺隆，总收率为87.3%(以吡啶磺酰胺计),合成工艺路线见图10。该工艺的收率较高，但需要使用乙腈做溶剂，价格较高，且乙腈回收除水困难，限制了该工艺的市场化应用。


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图10 氰酸钠合成烟嘧磺隆合成工艺路线


3.5 尿素-磺酰氯工艺 


薛谊等以嘧啶胺为原料，在浓硫酸的甲苯溶剂中，加入尿素回流反应10h, 然后降温过滤得到2-脲基-4,6-二甲氧基嘧啶，收率85.3%(以嘧啶胺计);将2-脲基-4,6-二甲氧基嘧啶溶解在二氯甲烷中，加入催化剂三乙胺，滴加2-磺酰氯-N,N-二甲基烟酰胺的二氯甲烷溶液，于5～10℃反应1h, 过滤水洗，干燥得到烟嘧磺隆，总收率77.92%(以嘧啶胺计),合成工艺路线见图11。该工艺收率偏低，不适合工业化生产。 


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图11 尿素合成烟嘧磺隆合成工艺路线



4 结论 


综上所述，合成烟嘧磺隆及其2个重要中间体的方法较多。对于中间体吡啶磺酰胺的合成，从原料来源以及操作难易等方面考虑，多硫化物工艺具有较好的开发利用前景。而对于中间体嘧啶胺的合成，采用丙二腈-单氰胺工艺成本最低，丙二腈-单氰胺工艺也是当前合成嘧啶胺主要工艺路线。对于烟嘧磺隆的合成，氯甲酸乙酯工艺具有原料易得、反应时间短、成本较低以及″三废″处理简单等优点，将成为烟嘧磺隆合成的主流工艺。